RU2243383C2 - Power-generating system with ring combustion chamber - Google Patents
Power-generating system with ring combustion chamber Download PDFInfo
- Publication number
- RU2243383C2 RU2243383C2 RU99114458/06A RU99114458A RU2243383C2 RU 2243383 C2 RU2243383 C2 RU 2243383C2 RU 99114458/06 A RU99114458/06 A RU 99114458/06A RU 99114458 A RU99114458 A RU 99114458A RU 2243383 C2 RU2243383 C2 RU 2243383C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion chamber
- rotor
- fuel
- plunger
- compressor
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 118
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 165
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 37
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 35
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 25
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 24
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 claims description 19
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 9
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 7
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims 1
- 210000004243 sweat Anatomy 0.000 claims 1
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 claims 1
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 82
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 52
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 36
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 32
- UHZZMRAGKVHANO-UHFFFAOYSA-M chlormequat chloride Chemical compound [Cl-].C[N+](C)(C)CCCl UHZZMRAGKVHANO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 5
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004939 coking Methods 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010763 heavy fuel oil Substances 0.000 description 2
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 2
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 239000013536 elastomeric material Substances 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
- F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/16—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration with devices inside the flame tube or the combustion chamber to influence the air or gas flow
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
- F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/16—Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/22—Fuel supply systems
- F02C7/232—Fuel valves; Draining valves or systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
- F23K5/00—Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
- F23K5/02—Liquid fuel
- F23K5/14—Details thereof
- F23K5/142—Fuel pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
- F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
- F23R3/54—Reverse-flow combustion chambers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
- F23C2900/03001—Miniaturized combustion devices using fluid fuels
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Sawing (AREA)
- Portable Power Tools In General (AREA)
- Feeding And Controlling Fuel (AREA)
- Spark Plugs (AREA)
Abstract
Description
СУЩЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИEXISTING BACKGROUND
1) Область техники1) Field of technology
Данное изобретение относится в общем случае к генерирующей электричество системе, а конкретнее к компактной системе, которая включает в себя кольцевую камеру сгорания и турбину для выработки электричества.The present invention relates generally to an electricity generating system, and more particularly, to a compact system that includes an annular combustion chamber and a turbine for generating electricity.
2) Предшествующий уровень техники2) Prior art
Известны компактные генерирующие электричество системы, использующие кольцевые камеры сгорания и турбины. В настоящее время эти системы используются для выработки от 25 кВт до 50 кВт электроэнергии. Такие системы изготавливаются некоторыми компаниями, такими как Кэпстоун Турбин Корпорэшн (Capstone Turbine Corporation), Marbaix (Марбэкс), Bowman Power Systems Ltd. (Баумэн Пауэр Системе Лтд.) и Allied-Signal Corp. (Эллайд-Сигнал Корп.).Compact electricity generating systems using annular combustion chambers and turbines are known. Currently, these systems are used to generate from 25 kW to 50 kW of electricity. Such systems are manufactured by some companies, such as Capstone Turbine Corporation, Marbaix (Marbeks), Bowman Power Systems Ltd. (Bauman Power System Ltd.) and Allied-Signal Corp. (Ellide Signal Corp.).
Большинство вышеописанных генерирующих электричество систем разработано для использования военными в боевых условиях, хотя они могут быть использованы и в других областях техники. Следовательно, эти генерирующие системы построены согласно военным характеристикам, что выражается в дорогих системах.Most of the electricity generating systems described above are designed for military use in combat, although they can be used in other areas of technology. Consequently, these generating systems are built according to military characteristics, which is expressed in expensive systems.
В то время как военные запросы на компактные генерирующие электричество системы уменьшаются, в последнее время существует интерес к этим системам в гражданских областях применения, в первую очередь в качестве резервных источников питания для компьютеров. Однако приемлемость этих систем ограничена из-за их высокой стоимости.While military demands for compact electricity-generating systems are decreasing, there has recently been an interest in these systems in civilian applications, primarily as backup power sources for computers. However, the acceptability of these systems is limited due to their high cost.
Следовательно, в основу настоящего изобретения положена задача создания недорогой, компактной, легкой по весу и долговечной генерирующей электричество системы, которая включает в себя кольцевую камеру сгорания, использующую углеводородные топлива, такие как дизельное топливо, топливо для реактивных двигателей, бензин, природный газ и топлива спиртового типа.Therefore, the present invention is based on the task of creating an inexpensive, compact, light in weight and durable electricity generating system, which includes an annular combustion chamber using hydrocarbon fuels such as diesel fuel, jet fuel, gasoline, natural gas and fuels alcohol type.
Обычно выхлопные газы (других газовых турбин), выходящие из камеры сгорания, очищаются с целью сокращения в нем исходящих в атмосферу окислов азота NOx.Typically the exhaust gases (of other gas turbines) exiting the combustor are cleaned in order to reduce it in the outgoing atmosphere of nitrogen oxides NO x.
Поэтому другой задачей настоящего изобретения является создание камеры сгорания с небольшим выбросом NOx и с небольшим общим уровнем выбросов.Therefore, another object of the present invention is to provide a combustion chamber with a low NO x emission and a low overall emission level.
Кроме этого, во многих применениях генерирующие электричество системы этого типа работают с перерывами, и такой режим использования систем может вызвать засорение топливопроводов, инжекторов и/или топливных насосов. Важно, чтобы эти системы работали так сказать по первому требованию, так как они в первую очередь используются как резервные системы для первичных источников питания и/или как основное питание.In addition, in many applications, electricity generating systems of this type operate intermittently, and such a mode of use of the systems can clog fuel lines, injectors and / or fuel pumps. It is important that these systems work on demand so to speak, as they are primarily used as backup systems for primary power supplies and / or as primary power.
Поэтому еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение надежной генерирующей электричество системы, которая может работать с перерывами с соответствующей надежностью.Therefore, another objective of the present invention is to provide a reliable electricity-generating system that can operate intermittently with appropriate reliability.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Генерирующая электричество система, содержащая корпус, кольцевую камеру сгорания, турбину, компрессорную камеру и компрессор, расположенный в компрессорной камере. Впускной канал гидравлически сообщен с компрессорной камерой, а выпускной канал гидравлически сообщен с турбиной и с компрессором, расположенным между ними. Множество магнитов прикреплено к ротору, а в корпусе предусмотрен статор, выполненный из способного притягиваться магнитом материала, такого как железо. Статор расположен в непосредственной близости по отношению к множеству магнитов, поэтому вращение ротора вызывает изменение в потоке вокруг статора, в результате чего генерируя электричество. Предусмотрены топливный насос и масляный насос, которые оба приводятся в действие одним электродвигателем. Предусмотрен дозирующий топливо клапан, который включает в себя пропорциональный электромагнитный клапан с плунжером, который приспособлен, чтобы вытягиваться вдоль продольной оси. Для установки части ротора с возможностью вращения предусмотрен кольцеобразный или гидродинамический подшипник, который удерживается на своем месте запорным приспособлением. Лопасти компрессора и лопасти турбины разделены разрезным кольцевым приспособлением для предотвращения перетекания газов прямо на лопасти турбины с лопастей компрессора и наоборот. Для нагрева входящего сжатого газа и охлаждения выходящих выхлопных газов предусмотрен теплообменник или, иначе говоря, компрессор нагнетает воздух перед его отправкой в камеру сгорания для минимизации потребления топлива.An electricity generating system comprising a housing, an annular combustion chamber, a turbine, a compressor chamber, and a compressor located in the compressor chamber. The inlet channel is hydraulically in communication with the compressor chamber, and the outlet channel is hydraulically in communication with the turbine and with the compressor located between them. Many magnets are attached to the rotor, and a stator is provided in the housing, which is made of magnetically attractable material such as iron. The stator is located in close proximity to many magnets, so the rotation of the rotor causes a change in flow around the stator, resulting in the generation of electricity. A fuel pump and an oil pump are provided, both of which are driven by a single electric motor. A fuel metering valve is provided that includes a proportional solenoid valve with a plunger that is adapted to extend along a longitudinal axis. An annular or hydrodynamic bearing, which is held in place by a locking device, is provided for rotating part of the rotor to rotate. The compressor blades and the turbine blades are separated by a split annular device to prevent the flow of gases directly onto the turbine blades from the compressor blades and vice versa. A heat exchanger is provided for heating the incoming compressed gas and cooling the exhaust gases, or, in other words, the compressor pumps air before it is sent to the combustion chamber to minimize fuel consumption.
Настоящим изобретением также является способ работы генерирующей электричество системы, который предусматривает следующие операции: вращение ротора со множеством лопастей компрессора и множеством лопастей турбины, прикрепленных к нему, и множеством магнитов, расположенных вокруг ротора, это множество магнитов расположено в непосредственной близости по отношению к статору, чтобы вызвать вращение ротора; всасывание воздуха в компрессор, который включает в себя множество лопастей компрессора; сжатие всосанного воздуха компрессором; перетекание сжатого воздуха в камеру горения; смешивание топлива с, по меньшей мере, частью сжатого воздуха, перетекшего в камеру горения, что приводит к образованию смеси топливо/воздух; воспламенение топливно-воздушной смеси в камере горения, что дает в результате выхлопные газы или тепловую энергию; пропускание выхлопных газов или тепловой энергии и любых остатков сжатого воздуха через турбину, которая включает в себя множество лопастей турбины; выброс выхлопных газов или тепловой энергии и остатков сжатых газов; прерывание подачи электричества, подведенного к статору, когда ротор вращается на первой скорости; и генерирование электричества вращающимися магнитами, расположенными вокруг ротора и взаимодействующими со статором. Воспламенение топливно-воздушной смеси в камере горения генерирует тепловую энергию для приведения в действие турбинного колеса турбины. Полученное пламя в камере сгорания по мере прохождения к турбинному соплу и турбинному колесу принимает разбавляющий воздух для регулирования температуры входного отверстия турбины.The present invention is also a method of operating an electricity generating system, which comprises the following operations: rotating a rotor with a plurality of compressor blades and a plurality of turbine blades attached to it, and a plurality of magnets located around the rotor, this plurality of magnets is located in close proximity to the stator, to cause the rotation of the rotor; air suction into the compressor, which includes a plurality of compressor blades; compressor suction air compression; the flow of compressed air into the combustion chamber; mixing fuel with at least a portion of the compressed air flowing into the combustion chamber, resulting in a fuel / air mixture; ignition of the fuel-air mixture in the combustion chamber, which results in exhaust gases or thermal energy; passing exhaust gases or thermal energy and any residual compressed air through the turbine, which includes many turbine blades; emission of exhaust gases or thermal energy and residues of compressed gases; interruption of electricity supply to the stator when the rotor rotates at a first speed; and electricity generation by rotating magnets located around the rotor and interacting with the stator. The ignition of the fuel-air mixture in the combustion chamber generates thermal energy to drive the turbine wheel of the turbine. The resulting flame in the combustion chamber as it passes to the turbine nozzle and turbine wheel receives dilution air to control the temperature of the turbine inlet.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Фиг.1А и Фиг.1В являются условными блок-схемами генерирующей системы, выполненной в соответствии с настоящим изобретением;Figa and Figv are conditional block diagrams of a generating system made in accordance with the present invention;
Фиг.2 является условной блок-схемой системы подачи жидкого топлива для генерирующей системы, показанной на Фиг.1А;FIG. 2 is a schematic block diagram of a liquid fuel supply system for the generating system shown in FIG. 1A;
Фиг.3 является условной схемой альтернативной масляной системы для генерирующей системы, показанной на Фиг.1А;Figure 3 is a schematic diagram of an alternative oil system for the generating system shown in Figure 1A;
Фиг.4 является видом сверху размещения электродвигателя, топливного насоса и масляного насоса, используемого в генерирующей системе, показанной на Фиг.1А;FIG. 4 is a plan view of an arrangement of an electric motor, a fuel pump, and an oil pump used in the generating system shown in FIG. 1A;
Фиг.5 является видом сзади части топливного насоса, показанного на Фиг.4;Figure 5 is a rear view of a portion of the fuel pump shown in Figure 4;
Фиг.6 является видом сбоку топливного насоса, показанного на Фиг.5;FIG. 6 is a side view of the fuel pump shown in FIG. 5;
Фиг.7 является видом сверху части топливного насоса, показанного на Фиг.5 и на Фиг.6;Fig.7 is a top view of part of the fuel pump shown in Fig.5 and Fig.6;
Фиг.8А является частичным разрезом дозирующего клапана, выполненного в соответствии с настоящим изобретением;Figa is a partial section of a metering valve made in accordance with the present invention;
Фиг.8В является частичным разрезом дозирующего клапана, показанного на Фиг.8А;Fig. 8B is a partial sectional view of the metering valve shown in Fig. 8A;
Фиг.9 является частичным разрезом другого выполнения дозирующего клапана, выполненного в соответствии с настоящим изобретением;Fig.9 is a partial section of another embodiment of a metering valve made in accordance with the present invention;
Фиг.10 является разрезом части камеры сгорания в генерирующей системе, показанной на Фиг.1А;Figure 10 is a sectional view of a portion of the combustion chamber in the generating system shown in Figure 1A;
Фиг.11А является частичным разрезом по линии XIA-XIA на Фиг.10;11A is a partial section along the line XIA-XIA in Figure 10;
Фиг.11В является видом сверху и в перспективе наружной стенки рубашки камеры сгорания, показанной на Фиг.10;Fig. 11B is a top and perspective view of the outer wall of the jacket of the combustion chamber shown in Fig. 10;
Фиг.12 является видом сверху и в перспективе, частично в разрезе, части другого выполнения камеры сгорания, аналогичной камере сгорания, показанной на Фиг.10;Fig is a top view and in perspective, partially in section, of a part of another embodiment of the combustion chamber, similar to the combustion chamber shown in Fig.10;
Фиг.13А, 13В, 13С, и 13D являются видами в перспективе альтернативных конструкций камеры первичного/вторичного предварительного смешивания, показанной на Фиг.10;FIGS. 13A, 13B, 13C, and 13D are perspective views of alternative structures of the primary / secondary pre-mixing chamber shown in FIG. 10;
Фиг.13Е является другим вариантом выполнением наружной стенки рубашки камеры сгорания, вида сверху и в перспективе;Fig.13E is another embodiment of the outer wall of the jacket of the combustion chamber, a top view and a perspective view;
Фиг.13F является частичным разрезом по линии XIIIF-XIIIF на Фиг.13Е;Fig.13F is a partial section along the line XIIIF-XIIIF in Fig.13E;
Фиг.14 является графиком температуры пламени в зависимости от смеси топлива и воздуха;Fig. 14 is a graph of flame temperature versus fuel-air mixture;
Фиг.15 является частичным продольным разрезом части турбины, выполненной в соответствии с настоящим изобретением;Fig is a partial longitudinal section of a part of a turbine made in accordance with the present invention;
Фиг.16А показывает покомпонентное изображение в перспективе подшипниковой удерживающей системы, используемой в турбине, выполненной соответствии с настоящим изобретением;Fig. 16A shows an exploded perspective view of a bearing holding system used in a turbine in accordance with the present invention;
Фиг.16В является видом спереди части подшипникового удерживающего кольца и подшипника, показанного на Фиг.16А;Fig. 16B is a front view of a portion of the bearing retaining ring and the bearing shown in Fig. 16A;
Фиг.16С является разрезом по линии XVIC-XVIC на Фиг.16А;Fig.16C is a section along the line XVIC-XVIC in Fig.16A;
Фиг.16В является другим видом спереди части подшипникового удерживающего кольца и подшипника, показанного на Фиг.16В;FIG. 16B is another front view of a portion of a bearing retaining ring and bearing shown in FIG. 16B;
Фиг.17 является покомпонентным изображением в перспективе части турбины, содержащей подшипниковую удерживающую систему, показанную на Фиг.16А;FIG. 17 is an exploded perspective view of a portion of a turbine comprising a bearing retaining system shown in FIG. 16A;
Фиг.18 является видом сбоку, частично в разрезе, силовой установки, показанной на Фиг.1А;Fig. 18 is a side view, partially in section, of the power plant shown in Fig. 1A;
Фиг.19 является видом сбоку, частично в разрезе, другого варианта выполнения силовой установки, показанной на Фиг.1А, включающей теплообменник;Fig. 19 is a side view, partially in section, of another embodiment of the power plant shown in Fig. 1A, including a heat exchanger;
Фиг.20 является видом сбоку, частично в разрезе, части шарикоподшипниковой системы с магнитным натягом, выполненной в соответствии с настоящим изобретением;FIG. 20 is a side view, partly in section, of a portion of a magnetic interference ball bearing system constructed in accordance with the present invention; FIG.
Фиг.21 является видом с торца части стенки рубашки альтернативного выполнения настоящего изобретения;21 is an end view of a portion of a wall of a shirt of an alternative embodiment of the present invention;
Фиг.22 является видом в поперечном разрезе камеры вторичного смешивания, показанной на Фиг.21;Fig. 22 is a cross-sectional view of the secondary mixing chamber shown in Fig. 21;
Фиг.23 является видом в разрезе части компоновки компрессор/турбина, включающей в себя лопасти компрессора и лопасти турбины, расположенные вокруг вращающегося приводного вала, и разрезное кольцевое приспособление;FIG. 23 is a sectional view of a portion of a compressor / turbine assembly including compressor blades and turbine blades located around a rotating drive shaft and a split ring device;
Фиг.24 является видом спереди разрезного кольцевого приспособления, показанного на Фиг.23.FIG. 24 is a front view of the split ring device shown in FIG. 23.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Для целей приведенного здесь описания выражения "верхний", "нижний", "левый", "правый", "задний", "передний", "вертикальный", "горизонтальный" и производные от них будут относиться к изобретению так, как это ориентировано на чертежах. Однако должно быть понятно, что изобретение может предполагать различные альтернативные ориентации и последовательности операций, исключая случаи, когда специально выделено обратное. Также должно быть понятно, что конкретные устройства и процессы, показанные на приложенных чертежах и описанные в нижеследующем описании, являются просто примерными выполнениями изобретательских концепций, определенных в формуле изобретения. Следовательно, конкретные размеры и другие физические характеристики, относящиеся к раскрытым ниже выполнениям, не должны рассматриваться как ограничивающие, если в формуле изобретения специально не установлено обратное.For the purposes of the description herein, the expressions “upper”, “lower”, “left”, “right”, “rear”, “front”, “vertical”, “horizontal” and derivatives thereof will relate to the invention in the way it is oriented in the drawings. However, it should be understood that the invention may contemplate various alternative orientations and sequences of operations, unless otherwise specifically indicated. It should also be understood that the specific devices and processes shown in the attached drawings and described in the following description are merely exemplary embodiments of the inventive concepts defined in the claims. Therefore, the specific dimensions and other physical characteristics related to the embodiments disclosed below should not be construed as limiting unless expressly stated otherwise in the claims.
Фиг.1А и 1В показывают условную блок-схему генерирующей электричество системы 10, выполненной в соответствии с настоящим изобретением. Система 10 включает в себя силовую установку 12, имеющую кольцевую камеру 14 сгорания с камерой горения, через которую газовые продукты сгорания проходят перед выходом через выпускной канал 26.1A and 1B show a schematic block diagram of an
Два конкретных выполнения силовой установки показаны на Фиг.18 и Фиг.19. Вариант выполнения, показанный на Фиг.19, объединяет теплообменник для отбора части тепла выхлопных газов и улучшает общую тепловую эффективность системы. Выполнение, показанное на Фиг.18, не содержит теплообменника. Рассматривая вновь Фиг.1А, можно увидеть, что кольцевая камера 14 сгорания гидравлически сообщена с ротором 16 турбины, который включает в себя ротор 18, поддерживаемый на противоположных концах подшипниками 20 и 21 с возможностью вращения таким образом, что ротор 18 может вращаться вокруг продольной оси. Электрический статор 22 расположен соосно с ротором 18, а теплообменник гидравлически сообщен с ротором 16 турбины. Предусмотрен воздушный впускной канал 28.Two specific embodiments of the power plant are shown in FIG. 18 and FIG. 19. The embodiment shown in FIG. 19 combines a heat exchanger to extract part of the heat of the exhaust gases and improves the overall thermal efficiency of the system. The embodiment shown in FIG. 18 does not contain a heat exchanger. Referring again to FIG. 1A, it can be seen that the
Жидкое топливо, такое как печное топливо, содержится в топливном баке 30, который гидравлически сообщен с кольцевой камерой 14 посредством трубопровода 32. Трубопровод 32 подключен к топливному фильтру 34, топливному насосу 36, предохранительному клапану 37 и дозирующему топливо клапану 38, которые гидравлически соединены с кольцевой камерой 14 сгорания или находятся с ней в гидравлической связи. Трубопровод 32 питает множество топливных инжекторов 40, предусмотренных в кольцевой камере 14 сгорания. Фиг.2 изображает топливный продувочный вентиль 38, который подключен к трубопроводу 32 между топливными инжекторами 40 и дозирующим топливо клапаном 38. Трубопровод 41 сообщает топливный продувочный клапан 39 с топливным баком 30 для отвода топлива в топливный бак во время нормального выключения двигателя, позволяя топливу в инжекторах и топливному коллектору продуваться, и, следовательно, предотвращаются тенденции к коксованию/закупориванию топлива.Liquid fuel, such as heating oil, is contained in the
Как это показано на Фиг.1А и Фиг.3, смазочное масло подается для смазки подшипников 20 и 21 из отстойника 42, который гидравлически сообщен с подшипниками 20 и 21 трубопроводом 44. (Фиг.3 показывает альтернативную компоновку по Фиг.1А и показывает некоторые внешние компоненты двигателя, взаимодействующие с системой смазочного масла, которые не показаны на Фиг.1А. Компоновка, показанная на Фиг.3, может быть соединена с генерирующей системой, показанной на Фиг.1А и Фиг.1В.) Трубопровод 44 соединен с масляным фильтром 46, воздушно-масляным теплообменником 48 и насосом 50 смазочного масла. Смазочное масло, текущее через подшипники 20 и 21, возвращается в отстойник 42 вместе с маслом, находящимся вне статорного теплообменника 24 генератора переменного тока. Масляный предохранительный клапан 51 гидравлически сообщен с трубопроводом 44 или находится в гидравлической связи с ним, и находится в гидравлической связи с отстойником 42. Должно быть понятно, что выражение "гидравлически сообщен с", как использовано здесь, может быть заменено выражением "в гидравлической связи с".As shown in FIGS. 1A and 3, lubricating oil is supplied to lubricate the
Возвращаясь снова к Фиг.1А и Фиг.1В, и топливный насос 36, и насос 50 смазочного масла являются объемными насосами, которые приводятся в действие механически 24-вольтовым электродвигателем 52. Преобразователи 54, 56, 58 и 60 предусмотрены для измерения температуры смазочного масла, давления смазочного масла, давления топлива и давления газа, выходящего из компрессора, соответственно. Преобразователи 54, 56, 58 и 60 электрически подключены к управляемому микропроцессором контроллеру 62 двигателя. Термопара 64 расположена в выпускном канале 26 ниже по потоку от турбины для измерения температуры выхлопных газов турбины. Термопара электрически подключена к контроллеру 62 двигателя.Returning again to FIGS. 1A and 1B, both the
Контроллер 62 двигателя электрически подключен к инверторному сборочному блоку 66, который включает в себя выходной инвертор 68 и пусковой инвертор 70. Этот сборочный блок раскрыт в международной патентной заявке, озаглавленной "Электрическая система для турбины/генератора переменного тока на общем валу", поданной от имени изобретателей Suresh E. Gupta, Douglas R. Bumham, Jon W. Teets, J. Michael Teets и Brij Bhargava одновременно с настоящей заявкой и включенной сюда в качестве ссылки. Пусковой инвертор 70 электрически подключен к 24-вольтовому аккумулятору 72 постоянного тока, а также к контроллеру 62 двигателя (входной линией 74). Выходная линия 76 электрически соединяет контроллер 62 двигателя и выходной инвертор 68. Выходной инвертор 68 приспособлен подавать электричество по линии 79 на электропитание 83 пользователя или для питания электрической компоненты, такой как компьютер.The
Фиг.4 показывает электродвигатель 52, механически соединенный с топливным насосом 36 и с насосом 50 смазочного масла. Предпочтительно электродвигатель 52 является бесщеточным электродвигателем. Насосы 36 и 50 оперативно соединены или связаны с электродвигателем 52 вращающимися приводными валами или валами 78 и 80 электродвигателя соответственно. Подключение электродвигателя 52 к источнику питания заставляет приводные валы 78 и 80 вращаться вокруг своих продольных осей 81.4 shows an
Насосы 36 и 50 являются объемными насосами и предпочтительно являются шестеренно-роторными насосами. На Фиг.5-7 каждый топливный насос 36 содержит внутренний ротор 82, расположенный внутри внешнего ротора 84, который расположен внутри корпуса 86. В корпусе 86 образованы дугообразный впускной канал 88 и дугообразный выпускной канал 90. Вал 78 электродвигателя механически связан с внутренним ротором 82 таким образом, что вращения вала вокруг продольной оси 81 заставляет внутренний ротор 82 вращаться относительно внешнего ротора 84. Внешний ротор 84 определяет множество (N) насосных камер 92 и множество (N-1) радиально выступающих шестереночных зубьев 94, которые сформированы на внутреннем роторе и принимаются в насосных камерах 92 общеизвестным в технике способом. Конкретно, когда внутренний ротор 82 вращается или перемещается относительно внешнего ротора 84 и корпуса 86, жидкость, в данном случае смазочное масло закачивается через корпус 86 из впускной трубы 95 во впускной канал 88 через насосные камеры 92, выпускной канал 90 и выпускную трубу 96. Насос 50 смазочного масла работает так же, как и топливный насос 36, за исключением того, что он приводится в действие валом 80 электродвигателя, он не раскрывается ниже в подробностях. Топливный насос не является необходимым, если используется сжатое газообразное топливо, такое как метан. Поток метана может управляться через электромеханический клапан.
Преимущество настоящей компоновки двигателя с масляным насосом и топливным насосом заключается в том, что если насос 50 смазочного масла откажет (что обычно означает, что внутренний ротор 82 защемлен и не может вращаться вокруг продольной оси 81), электродвигатель 52 остановится, предотвращая приводные валы 78 и 80 тем самым от вращения. Также, если откажут электродвигатель или топливный насос, произойдет безопасное отключение. Это заставит систему "отключиться", поскольку топливо не будет подаваться в кольцевую камеру 14 сгорания топливным насосом 36, который приводится в действие валами 78 и 80 электродвигателя. Следовательно, повреждения компонентов системы предотвращаются из-за недостаточной подачи смазочного масла во вращающиеся части системы. Насос 50 смазочного масла и/или электродвигатель 52 должны быть отремонтированы до того, как топливо может быть подано в кольцевую камеру 14 сгорания.An advantage of the present engine arrangement with an oil pump and a fuel pump is that if the lubricating
На Фиг.1А, 8А, 8В и 9 показано, что топливо закачивается топливным насосом 36, а сила потока на двигатель изменяется дозирующим топливо клапаном 38. Предпочтительно дозирующий топливо клапан 38 является подпружиненным закрытым пропорциональным электромагнитным клапаном. Положение электромагнитного клапана изменяется как функция потока, проходящего через соленоид, что изменяет скорость потока топлива через дозирующий топливо клапан 38.1A, 8A, 8B, and 9 show that fuel is pumped by the
Фиг.8А (открытое положение) и 8В (закрытое положение) показывают один из вариантов выполнения дозирующего топливо клапана 38, где клапан обозначен буквой V. Клапан V содержит пропорциональный соленоид S и корпус В клапана, который определяет полость плунжера. Перемещаемый в продольном направлении цилиндрический плунжер Р, который вытянут по продольной оси, включает в себя изменяющийся по диаметру наконечник Т, который изменяется относительно продольной оси. В корпусе В клапана предусмотрена диафрагменная пластина или потоковая пластина F, имеющая расположенную посередине диафрагму или отверстие О. (Альтернативно, только цилиндрический плунжер Р может быть использован для взаимодействия с диафрагмой О.) Диафрагменная пластина F разделяет корпус В клапана на впускную камеру и выпускную камеру. Впускная топливная линия FI соединена с топливным впускным отверстием, предусмотренным во впускной камере, а выпускная топливная линия FO соединена с выпускным отверстием топлива, предусмотренным в выпускной камере. Включение соленоида S заставляет цилиндрический плунжер Р и наконечник Т перемещаться в продольном направлении. Наконечник Т взаимодействует с диафрагмой О в диафрагменной пластине F, позволяя топливу протекать сквозь него, как это показано на Фиг.8А. Это, в ответ, изменяет поток от впускного отверстия к выпускному отверстию через диафрагму О в диафрагменной пластине F. Фиг.8В показывает наконечник Т, закрывающий диафрагму О для предотвращения потока горючего между впускной камерой и выпускной камерой. Следовательно, положение наконечника Т относительно диафрагменной пластины F управляет потоком топлива к кольцевой камере 14 сгорания. Как можно видеть на Фиг.8А и Фиг.8В, наконечник Т изменяется от диаметра, меньшего, чем диаметр диафрагмы О, до диаметра, большего, чем диафрагма О, благодаря чему цилиндрический плунжер Р приспособлен перемещаться как в первом продольном направлении, так и во втором продольном направлении. Цилиндрический плунжер Р выступает через диафрагму О и контактирует с диафрагменной пластиной F, блокируя поток, проходящий через диафрагменную пластину F, в положении блокировки, когда цилиндрический плунжер Р проходит первое расстояние в первом продольном направлении. Когда цилиндрический плунжер Р передвигается во втором направлении из положения блокировки, то наконечник Т располагается вне диафрагменной пластины F, и поток через диафрагменную пластину F изменяется как функция продольного положения наконечника Р.Figs. 8A (open position) and 8B (closed position) show one embodiment of a
Фиг.9 показывает другой вариант выполнения дозирующего топливо клапана 38, в котором клапан обозначен как V. Клапан V включает в себя пропорциональный соленоид S’ и корпус В’, который определяет полость плунжера. Предусмотрен цилиндрический плунжер Р’, способный двигаться в продольном направлении и который приспособлен выступать вдоль продольной оси, кроме этого он выступает в полость плунжера корпуса В’ клапана. Цилиндрический плунжер Р’ выполнен из цилиндрического плунжера Р, жестко прикрепленного к коллектору или наконечнику М. Топливо поступает из впускной топливной линии FI через впускное отверстие, образованное корпусом В’ клапана, в цилиндрическую камеру на цилиндрическом плунжере Р’, которая является непрерывным кольцом R1 вокруг цилиндрического плунжера Р’. Поток топлива идет от кольца R1 через соединительное отверстие H1 вала, определяющее впускной канал, соединенный с отверстием Н2 вала, определяющим выпускной канал, через канальный проход Н3 к выпускному отверстию, образованному корпусом В’ клапана, и затем из выпускной топливной линии FO через кольцо R2. Отверстия H1, H2 и Н3 определяют проход для потока в гидравлической связи с впускным каналом к выпускному каналу.FIG. 9 shows another embodiment of a
Закрытое положение имеет место, когда цилиндрический плунжер Р’ полностью расположен слева, как это показано на Фиг.9. Это закрывает кольцо R2 от выпускной топливной линии FO. Дозирование топлива происходит путем помещения кольца R1 к выпускной топливной линии FO. С полостью на конце областей перемещения плунжера соединены также вентиляционные линии VE1 и VE2.The closed position occurs when the cylindrical plunger P 'is completely located on the left, as shown in Fig.9. This closes the ring R 2 from the exhaust line FO. Dosing of fuel occurs by placing the ring R 1 to the exhaust fuel line FO. Ventilation lines VE1 and VE2 are also connected to the cavity at the end of the plunger displacement areas.
При работе дозирующего клапана, показанного на Фиг.9, пропорциональный соленоид S’ запитывается для перемещения цилиндрического плунжера Р’ в первом продольном направлении внутри полости корпуса В’ клапана. Цилиндрический плунжер Р’ (позиционирующий кольцо R2) затем помещается либо для блокировки потока топлива от впускной топливной линии FI на выпускную топливную линию FO, либо для разрешения топливу течь сквозь него. Скорость потока топлива зависит от продольного положения кольца R1 относительно выпускной топливной линии FO, обеспечивая, чтобы давление топливного насоса оставалось постоянным. Давление топливного насоса на дозирующий клапан поддерживается через предохранительный клапан. Кольца R1 и R2 образуются на коллекторе М, прикрепленном к цилиндрическому плунжеру Р. Наружные части коллектора М, определяющие кольца R1 и R2, действуют как блокирующий элемент для блокирования или изменения потока, проходящего через одну или обе линии - впускную топливную линию FI и выпускную топливную линию FO. Следовательно, перемещение коллектора М в продольном направлении заставляет впускной канал, выпускной канал и блокирующий элемент взаимодействовать с впускным отверстием и выпускным отверстием для изменения потока через корпус В’ клапана от впускного отверстия к выпускному отверстию.In operation of the metering valve shown in FIG. 9, the proportional solenoid S ′ is energized to move the cylindrical plunger P ′ in a first longitudinal direction inside the cavity of the valve body B ′. The cylindrical ram P '(positioning ring R 2 ) is then placed either to block the fuel flow from the inlet fuel line FI to the exhaust fuel line FO, or to allow fuel to flow through it. The fuel flow rate depends on the longitudinal position of the ring R 1 relative to the exhaust fuel line FO, ensuring that the pressure of the fuel pump remains constant. The fuel pump pressure on the metering valve is maintained through a safety valve. Rings R 1 and R 2 are formed on the manifold M attached to the cylindrical plunger R. The outer parts of the manifold M defining the rings R 1 and R 2 act as a blocking element to block or change the flow passing through one or both lines - the inlet fuel line FI and FO exhaust line. Therefore, moving the manifold M in the longitudinal direction causes the inlet channel, the outlet channel and the blocking element to interact with the inlet and the outlet to change the flow through the valve body B ′ from the inlet to the outlet.
Возвращаясь к Фиг.1А и Фиг.2, можно увидеть, что топливный продувочный клапан 39, расположенный внутри трубопровода 41, является нормально закрытым электромагнитным клапаном, таким как 24-вольтовый двухпутевой нормально закрытый электромагнитный клапан постоянного тока. При работе топливный продувочный клапан 39 находится только в открытом состоянии в течение установленного периода времени, когда подача топлива на двигатель (через дозирующий клапан) отключена. Электродвигатель 52 продолжает оставаться включенным до тех пор, пока скорость ротора не достигнет 0 об/мин (оборотов в минуту), и в этот момент электродвигатель 52 выключается. Это позволяет продуть любое остаточное топливо в топливных инжекторах 40 или его связанном коллекторе давлением компрессора в топливный бак 30. Эта продувочная операция минимизирует/предотвращает топливо от коксования, закупоривания или засорения топливных инжекторов 40, что может вызвать проблемы в распределении топлива.Returning to FIGS. 1A and 2, it can be seen that the
Фиг.10 показывает частичный разрез части кольцевой камеры 14 сгорания. Кольцевая камера 14 сгорания соединена с компрессорно-турбинной установкой 100. Компрессорно-турбинная установка 100 включает в себя лопасти 102 компрессора и лопасти 104 турбины, расположенные вокруг ротора двигателя или вращающегося приводного вала 106. Выступающий в виде консоли от внешнего подшипника ротор 106 двигателя приспособлен вращаться вокруг продольной оси Z и поддерживается подшипниками 20 и 21, которые схематически показаны на Фиг.1А.Figure 10 shows a partial section through part of an
Предусмотрена кольцевая наружная стенка 108 корпуса, и она определяет воздухозаборный проход 110, расположенный рядом с лопастями 102 компрессора. Наружная стенка 112 рубашки камеры сгорания и передняя стенка корпуса или внутренняя стенка 114 корпуса определяют кольцевую камеру горения 116. Передняя стенка 114 корпуса и передняя часть наружной стенки 108 корпуса определяют воздушный тракт или проход 118 компрессора/рассеивателя, который начинается рядом с выходом рассеивателя, который находится в гидравлической связи с кольцевой камерой 116 горения. В проходе 118 предусмотрен компрессор/рассеиватель CD. Кольцевая камера 116 горения, турбина и воздушный проход 118 находятся в гидравлической связи друг с другом. Кольцевая охлаждающая область 119 определяется дистальным концом 120 передней стенки 114 корпуса и передним концом наружной стенки 112 рубашки камеры сгорания. Кольцевая охлаждающая область 119 направляет охлаждающий воздух к кольцевому соплу 128 турбины. Кольцевой воздухо-разрежающий проход или воздухо-разрежающее сопло 122 образованы на дальнем конце наружной стенки 112 рубашки камеры сгорания. Рифленая колеблющаяся полоса 124 может быть предусмотрена в воздухо-разрежающем проходе 122. Альтернативно, колеблющаяся полоса 124 может быть удалена и заменена либо отверстиями Н, показанными пунктиром, образованными во наружной стенке 112 рубашки камеры сгорания, либо наличием наружной стенки 112 рубашки камеры сгорания, прилегающей к показанной пунктиром стенке 126’ сопла турбины, и наличием множества отверстий Н и Т, показанных пунктиром, образованных во наружной стенке 112 рубашки камеры сгорания для разрежения пламени, содержащегося внутри кольцевой камеры 116 горения. Предпочтительно, чтобы было предусмотрено кольцо (не показано) для регулировки области поперечного сечения отверстий Т’ для управления количеством воздуха, поступающего во вторичный источник воздуха, и для поддержания таким образом постоянными температуры пламени и выбросов NOx.An annular
Наружная стенка 112 рубашки камеры сгорания прикреплена к наружному корпусу с помощью множества болтов ВО, например двух. Один из болтов ВО определяет отверстие, приспособленное для приема зажигающего электрода GP, приспособленного для запуска топливной системы для жидких видов топлива. Поджигающий электрод GP проходит через соответствующий болт ВО и внутрь кольцевой камеры 116 горения. Вытянутая вверх изогнутая стенка 126 сопла турбины разнесена от воздухоразжижающего сопла 122. Альтернативно, стенка 126 сопла турбины может быть прямой, как показано пунктиром и обозначено позицией 126’. Стенка 126 сопла турбины и передняя стенка 114 корпуса определяют кольцевое сопло 128 турбины, которое находится в гидравлической связи с лопастями 104 турбины, которые образуют турбины. Тракт или проход 129 воздушного потока образуется между наружной стенкой 108 корпуса и наружной стенкой 112 рубашки корпуса.The
Множество камер предварительного смешивания или вторичных камер 130 предварительного смешивания расположены по окружности и прикреплены к наружной стенке 112 рубашки камеры сгорания, соседней с задней стенкой кольцевой камеры 116 горения. Множество разнесенных по окружности и расположенных радиально или по касательной топливных инжекторов или сопл 132 выступает через наружную стенку 108 корпуса и в тракт 129 воздушного потока так, чтобы распределить топливо в первичную камеру предварительного смешивания, зону впускного отверстия или первый конец 138 по Фиг.11A.A plurality of pre-mixing chambers or secondary
Как это показано на Фиг.11А и Фиг.11В, топливные инжекторы 132 проходят через наружную стенку 108 корпуса и заканчиваются внутри тракта 129 воздушного потока. Множество первичных трубопроводов 134 предварительного смешивания выступают по окружности вокруг наружной стенки 112 камеры сгорания по соседству с задней стенкой 136 кольцевой камеры 116 горения. Зоны 138 впускных отверстий первичных трубопроводов 134 предварительного смешивания расположены в непосредственной близости к дальним концам инжектора 132 и находятся с ним в гидравлической связи, и загнуты так, что они направлены по стрелкам 140. Вихревая форсунка 142 предусмотрена в каждом из первичных трубопроводов 134 предварительного смешивания для помощи в испарении топлива и быстром распределении жидкого топлива по первичным трубопроводам 134 предварительного смешивания.As shown in FIGS. 11A and 11B,
Альтернативно вихревые форсунки 142 могут быть исключены. Первичные трубопроводы 134 предварительного смешивания размещены по отношению к выпускным концам топливных инжекторов 132 так, чтобы направлять богатую (негорючую смесь) топливно-воздушную смесь от выхода или второго конца преимущественно в кольцевом направлении внутри камеры 130 предварительного смешивания, где далее для получения горючей смеси добавляется воздух по направлению к передней стенке 114 корпуса кольцевой камеры 116 горения. В наружной стенке 112 рубашки камеры сгорания предусмотрен зажигающий электрод GP, который выступает в кольцевую камеру 116 горения для воспламенения топливно-воздушной смеси, создавая самоподдерживающееся пламя. Топливный инжектор 132 должен быть отнесен от зоны 138 впускного отверстия, как это показано на Фиг.11А. Фиг.11А показывает зону 138 впускного отверстия с изогнутым входным концом и топливный инжектор 132, расположенный перпендикулярно наружной стенке 108 корпуса. Могут быть использованы другие компоновки, например, как показано пунктиром на Фиг.11А, в качестве первичных трубопроводов 134’ предварительного смешивания и топливных инжекторов 132’.
Работа камеры сгорания описана ниже со ссылками на Фиг.10, 11А и 11В. Ротор 106 двигателя вращается, заставляя лопасти 102 компрессора вращаться вокруг оси Z. Воздух засасывается в заборник 110 воздуха, становясь сжатым и протекая по воздушному тракту 118 и тракту 129 воздушного потока в направлении стрелок 140. Направленный сжатый воздух выходит в кольцевую камеру 116 горения через охлаждающий проход 119 и воздухоразрежающее сопло 122 и отверстия Н.The operation of the combustion chamber is described below with reference to Fig.10, 11A and 11B. The
Сжатый воздух также поступает на впускные концы 138 первичных трубопроводов 134 предварительного смешивания. Воздух также поступает в отверстия 143 вторичного источника воздуха, который находится в гидравлической связи со впускным концом Е соответствующих камер 130 предварительного смешивания. Сжатое топливо выходит из концов топливных инжекторов 132 и передается сжатым воздухом (из-за выработанного разностного давления в рубашке камеры сгорания) во впускные концы 138 первичных трубопроводов 134 предварительного смешивания одновременно с формированием богатой топливно-воздушной смеси. Эта топливно-воздушная смесь проходит через опционные вихревые форсунки 142 для усиления испарения топлива от горячих стенок, заставляя ее завихряться, когда инициировано пламя. Могут быть также предусмотрены более длинные первичные трубопроводы 134 предварительного смешивания для большего времени пребывания богатой топливно-воздушной смеси; однако настоящая установка будет достаточной и будет обеспечивать хорошее испарение и однородное смешивание топлива/воздуха. Фиг.12 показывает другой вариант выполнения, имеющий вихревые форсунки 142 с соплом 132, расположенным внутри первичного трубопровода 134 предварительного смешивания. Обращаясь вновь к Фиг.10 и 11А, эта богатая смесь течет из первичных трубопроводов 134 предварительного смешивания в камеры 130 предварительного смешивания, где далее воздух смешивается для получения обедненной топливно-воздушной смеси для горения и выходит из выходных концов в кольцевую камеру 116 горения в преимущественно кольцевом направлении во фронт пламени. Первоначально поджигающий электрод GP зажигает смесь, которая горит для производства энергии для питания. После воспламенения поджигающий электрод GP остается выключенным. Ниже по потоку и до воздухоразрежающего сопла 122 разреженный воздух поступает в пламя для уменьшения температуры продуктов горения.Compressed air also enters the inlet ends 138 of the
Отходящие газы затем проходят образованный фронт пламени после того, как разреженный воздух смешивается и проходит внутрь и через сопло турбины, чтобы выработать скорость для выделения энергии связанного турбинного колеса через лопасти 104 турбины, которые приводят в действие лопасти 102 компрессора и генератор переменного тока, показанный на Фиг.18 и Фиг.19.The exhaust gases then pass through the formed flame front after the rarefied air is mixed and passes in and through the turbine nozzle to generate a speed to release the energy of the associated turbine wheel through the
Фиг.13А, 13В, 13С и 13D показывают альтернативные варианты компоновки описанных ранее камер 130 предварительного смешивания. В частности, по сравнению с Фиг.13А, каждый первичный трубопровод 134 предварительного смешивания подан в скрученную выступающую топливную вторичную камеру предварительного смешивания 150 для усиления вторичного предварительного смешивания перед горением. Каждый выступ 152 имеет скрученную форму, чтобы заставлять топливно-воздушную смесь завихряться. Предусмотрен вторичный воздушный трубопровод 154, который имеет выводной конец, соединенный с соответствующей вторичной камерой 150 предварительного смешивания посередине между концами этой вторичной камеры 150 предварительного смешивания, которая находится в гидравлической связи с трактом 129 воздушного потока. Входные концы вторичных воздушных трубопроводов 154, которые прикреплены к наружной стенке 112 камеры сгорания, расположены внутри тракта 129 воздушного потока. Компоновка, показанная на Фиг.13В, аналогична компоновке, показанной на Фиг.13А, с теми же ссылочными позициями, используемыми для аналогичных частей. Конкретно, первичный трубопровод 134 предварительного смешивания и вторичный воздушный трубопровод 154 поступают в цилиндрическую вторичную камеру 150 предварительного смешивания напротив скрученной выступающей установки. Как это показано на Фиг.13С, смешивающий блок 156 расположен в точке соединения каждого первичного трубопровода 134 предварительного смешивания, вторичного трубопровода 154 и вторичной камеры 150 предварительного смешивания для смешивания потока из трубопроводов 134 и 154. Смешивающие блоки 156 предлагают большую массу и прикреплены к рубашке камеры сгорания и соответственно дают тенденции уменьшенного нагревания рубашки и обычной деформации. Фиг.13D аналогична компоновке, показанной на Фиг.13В, с теми же ссылочными позициями, используемыми для аналогичных частей. Конкретно, первичный трубопровод 134 предварительного смешивания и вторичный трубопровод 154 предварительного смешивания поступают в расширяющуюся вторичную камеру 150’’ предварительного смешивания.13A, 13B, 13C and 13D show alternative layouts of the previously described
Фиг.13Е и 13F показывают другое выполнение наружной стенки 112 рубашки камеры сгорания, имеющей множество расположенных по кольцу отверстий Н, первичный трубопровод 134 предварительного смешивания, вторичную камеру 150’’ предварительного смешивания, вторичный воздушный трубопровод, как было обсуждено выше, и дополнительный вторичный трубопровод 157 источника воздуха, приспособленный для получения сжатого воздуха из тракта 129 воздушного потока для протекания сквозь него и выхода в кольцевую камеру 116 горения в кольцевом направлении вокруг наружной стенки 112 рубашки камеры сгорания. Эта компоновка помогает преодолеть любые импульсы давления фронта пламени.13E and 13F show another embodiment of the
При работе настоящее изобретение дает малое образование NOx, а общее количество выбросов уменьшается.In operation, the present invention provides low NO x formation, and the total emissions are reduced.
Меньшее количество окислов азота (NO-NO2) - меньше 10 частей на миллион (млн-1) - может быть достигнуто, желательно в камерах сгорания, благодаря малоокисляющей среде (топливо/воздух содержатся внутри первичной камеры предварительного смешивания длительное время) с низкими температурами пламени и после того, как вторично обедненная топливно-воздушная смесь с низким временем присутствия сгорает, давая в результате температуру пламени с низким NOx. Предпочтительно длительное время присутствия в первичном предварительном смешивании для выделения в свободном состоянии атома азота с минимальным количеством доступного кислорода (богатая топливно-воздушная смесь, первичное предварительное смешивание с длительным присутствием) для выделения в свободном состоянии молекул водорода, чтобы усилить стабильность пламени. Слишком низкая температура окисляющей первичной зоны пламени вызовет увеличение НУВ (несгоревших углеводородов) с СО (моноксидом углерода). Следовательно, предпочтительно первичное предварительное смешивание без пламени. Пламя диапазона низких температур достигается благодаря однородной, с обеднением перед испарением, предварительно смешанной постепенной работе. Низкая температура пламени может быть достигнута благодаря условию обогащения топлива или обеднения топлива, последнее из которых не очень хорошо из-за увеличения количества СО в НУВ.Minimal amount of nitrogen oxides (NO-NO 2) - is less than 10 parts per million (-1) - can be achieved, preferably in combustion chambers, thanks malookislyayuschey environment (fuel / air contained within the primary premix chamber for a long time) at low temperatures flame and after the second depleted low-presence air-fuel mixture burns, resulting in a low NO x flame temperature. Preferred is a long residence time in the primary pre-mixing to liberate a nitrogen atom with a minimum amount of oxygen available (rich air-fuel mixture, primary pre-premix with a long presence) to liberate hydrogen molecules in a free state to enhance flame stability. Too low a temperature of the oxidizing primary zone of the flame will cause an increase in LEL (unburned hydrocarbons) with CO (carbon monoxide). Therefore, pre-mixing without flame is preferred. The flame of the low temperature range is achieved due to homogeneous, depleted before evaporation, pre-mixed gradual work. A low flame temperature can be achieved due to the condition of fuel enrichment or fuel depletion, the latter of which is not very good due to an increase in the amount of CO in the NLF.
Было бы предпочтительно, что бы за первичной смешивающей системой предварительно испаренной богатой топливно-воздушной смеси следовала бы вторичная смешивающая система для получения обедненных отношений топлива/воздуха, как перед горением для получения низкой температуры пламени, ниже, чем 2500°F (1371°С) и уменьшенных выбросов. Смесь (не горевшая) с богатым отношением топлива/воздуха проходит через стадию обеднения вторичного предварительного смешивания с длительным временем присутствия перед горением, таким образом избегая стехиометрического состояния пламени и связанного с ним большого количества NOx. Кольцевое смешивание и сжигание, объединенные с первичным предварительным смешиванием с богатым испарением, за которым следует вторичная камера предварительного смешивания, обеднение топлива/воздуха до горения обеспечивает горение с малыми выбросами. Низкие температуры пламени дают низкие NOx, как показано на Фиг.14. Выделенный в свободном состоянии водород на стадии первичного предварительного смешивания богатого топлива/воздуха, объединенный с относительно малыми изменениями в давлении или падении давления (ДР) в камере сгорания, усиливает стабильность обедненного пламени, к чему приводит вторичная камера обеднения с коротким присутствием.It would be preferable that the primary mixing system of the pre-vaporized rich air-fuel mixture would be followed by a secondary mixing system to obtain lean fuel / air ratios, as before burning to obtain a low flame temperature, lower than 2500 ° F (1371 ° C) and reduced emissions. A mixture (unburned) with a rich fuel / air ratio passes through a lean pre-mixing stage with a long residence time before burning, thereby avoiding the stoichiometric state of the flame and the associated large amount of NO x . Ring mixing and combustion, combined with primary pre-mixing with rich evaporation, followed by a secondary pre-mixing chamber, depletion of fuel / air before combustion provides low-emission combustion. Low flame temperatures produce low NO x , as shown in FIG. The hydrogen released in the free state at the stage of primary pre-mixing of rich fuel / air, combined with relatively small changes in pressure or pressure drop (PR) in the combustion chamber, enhances the stability of the lean flame, resulting in a secondary depletion chamber with a short presence.
Сначала в процессе работы ротор двигателя приводится в движение энергией аккумулятора, тогда как топливо одновременно подается в камеру горения и активируется зажигающий электрод. Воздушный поток выходит из рассеивателя компрессора в поступательном касательном направлении и перемещается в направлении смешивающих труб первичного впрыскивания, причем объем воздуха вместе с жидким топливом низкого давления впрыскивается во вход смешивающих труб или первичных трубопроводов 134 предварительного смешивания. Простая полостная вихревая форсунка принимает топливо в двух областях, чтобы способствовать однородному смешиванию от единственного струйного источника топлива. Топливо заставляют течь в смешивающие камеры изменением давления в рубашке камеры сгорания. Топливо (если встроены вихревые форсунки) закручивается центробежным движением у стенки внутреннего диаметра первичных смешивающих труб, где оно испаряется, когда появляется пламя. Затем богатая испаренная топливно-воздушная смесь выходит во вторичную зону предварительного смешивания, где топливно-воздушная смесь обедняется перед выходом на поджигающий электрод и/или в зону пламени в тракте топливно-воздушной смеси, и смеси поджигаются. Когда пламя появляется вне трубы, тепло создает испарение топливно-воздушной смеси внутри труб.First, during operation, the engine rotor is driven by battery energy, while the fuel is simultaneously supplied to the combustion chamber and the ignition electrode is activated. The air stream leaves the compressor diffuser in the translational tangential direction and moves in the direction of the primary injection mixing tubes, whereby a volume of air, together with low pressure liquid fuel, is injected into the inlet of the mixing tubes or
Эта богатая топливно-воздушная смесь в первичной зоне, которая, в свою очередь, обедняется во вторичной камере, изменяется по концентрации и температуре пламени в зависимости от рабочей скорости двигателя, но находится в диапазоне от 2700°F до 1500°F (от 1482°С до 816°С), где минимизировано NOx.This rich air-fuel mixture in the primary zone, which, in turn, is leaner in the secondary chamber, varies in concentration and flame temperature depending on the operating speed of the engine, but ranges from 2700 ° F to 1500 ° F (from 1482 ° C to 816 ° C), where NO x is minimized.
Горение после вторичной зоны предварительного смешивания имеет повышенную температуру обедненного пламени с низким отношением эквивалентности, дающим малые выбросы из-за низкой температуры, и добавочную реакцию кислорода для изменения химической реакции (СО+ОН=CO2+Н), снижающей выброс СО предпочтительно от 0,6 до 0,9 φ (отношение эквивалентности) для более низкой температуры для поддержания низкого значения NOx.Combustion after the secondary pre-mixing zone has an elevated lean flame temperature with a low equivalence ratio giving low emissions due to low temperature and an additional oxygen reaction to alter the chemical reaction (CO + OH = CO 2 + H), which reduces CO emissions, preferably from 0 , 6 to 0.9 φ (equivalence ratio) for a lower temperature to maintain a low NO x value.
Продукты горения проходят через камеру сгорания по кольцу/по касательной, сохраняя направление кинетической энергии, обычной для продуктов, вытекающих из топливных инжекторов. Пламя входит в зону разрежения, где дальше разрежающий воздух компрессора смешивается с продуктами камеры сгорания для снижения температуры пламени до установленной температуры впускного отверстия турбины. Отношение топливо/воздух зависит от требований по мощности и от воздушного потока, последнее из которых может быть постоянным. Поток топлива изменяется в зависимости от приложенной к ротору турбины нагрузки. При работе скорость ротора турбины может изменяться или быть постоянной.The combustion products pass through the combustion chamber along the ring / tangentially, preserving the direction of kinetic energy, which is common for products flowing from fuel injectors. The flame enters the rarefaction zone, where further the dilution air of the compressor is mixed with the products of the combustion chamber to lower the flame temperature to the set temperature of the turbine inlet. The fuel / air ratio depends on power requirements and air flow, the last of which may be constant. The fuel flow varies depending on the load applied to the rotor of the turbine. During operation, the speed of the turbine rotor may vary or be constant.
Фиг.14 показывает некоторые рабочие диапазоны, зависящие от отношений топливо/воздух перед сгоранием, когда стехиометрическая температура 3800°F (2093°С) температуры пламени будет давать чрезмерное количество NOx. Предпочтительно рабочая температура находится между 1500°F и 2700°F (816°С и 1482°С) и более предпочтительно ниже 2600°F (1427°C), где был бы наиболее предпочтителен низкий уровень от 0,4 до 0,6 φ. Без переменной геометрии величина φ будет изменяться в зависимости от требований по мощности. Считается, что 50% энергии, вырабатываемой с помощью сгорания, используется для приведения в действие компрессора, а 50% энергии используется для генерирования электричества. Термопара 64 температуры отходящих газов измеряет температуру отходящих газов. Основываясь на этой информации, считается, что температура горения может определяться на основании скорости потока топлива. Предпочтительно выработка NOx должна быть ограничена ниже 20 м.д.Fig. 14 shows some operating ranges depending on the fuel / air ratio before combustion, when the stoichiometric temperature of 3800 ° F (2093 ° C) of the flame temperature will produce an excessive amount of NO x . Preferably, the operating temperature is between 1500 ° F and 2700 ° F (816 ° C and 1482 ° C) and more preferably below 2600 ° F (1427 ° C), where a low level of from 0.4 to 0.6 φ would be most preferred. . Without variable geometry, the value of φ will vary depending on the power requirements. It is believed that 50% of the energy generated by combustion is used to drive the compressor, and 50% of the energy used to generate electricity. An exhaust gas temperature thermocouple 64 measures the temperature of the exhaust gases. Based on this information, it is believed that the combustion temperature can be determined based on the fuel flow rate. Preferably, the production of NO x should be limited below 20 ppm.
Другим важным признаком настоящего изобретения являются подшипники, которые поддерживают ротор турбины на скоростях, превышающих 100000 об/мин. Фиг.15, 16А-16D и Фиг.17 показывают подшипник 20, который является гидродинамическим и смачиваемым маслом подшипником, который принимает показанный на Фиг.18 ротор 16 турбины, установленный с возможностью вращения и скольжения. Фиг.17 показывает часть компрессорно-турбинной установки 100, которая включает в себя основной корпус 253 двигателя, смазочное уплотнение 261, сплошные кольца 198 и разрезное кольцо или блокирующий элемент 216.Another important feature of the present invention are bearings that support the turbine rotor at speeds in excess of 100,000 rpm. Figures 15, 16A-16D and Figure 17 show a
С конкретной ссылкой на Фиг.16А-16D, подшипник 20, который показан на Фиг.17, включает в себя кольцеобразный единый прокладочный или наклонный прокладочный элемент 20’ подшипника с двумя канавками 196, которые принимают сплошные кольца 198, выполненные из эластомерного материала. Элемент 20’ подшипника принимает с возможностью вращения цилиндрическую часть ротора 18 через кольцевой канал, образованный элементом 20’ подшипника.With particular reference to FIGS. 16A-16D, the
Проходящие в осевом направлении резьбовые отверстия расположены на одной торцевой поверхности элемента 20’ подшипника. Элемент 20’ подшипника принимается в цилиндрическое отверстие, образованное в корпусе 200 подшипника, расположенное в корпусе 202 двигателя турбины, который прикреплен к станине силовой установки. Элемент 20’ подшипника прикреплен к корпусу посредством крепежной сборки 203, которая описана ниже. Два разнесенных дугообразных фланца 204 выступают по оси от одного торца в корпусе 200 подшипника. Дугообразные канавки или выточки 206 для разрезного кольца (из которых показана только одна) образованы на внутренних круговых поверхностях фланцев 204. Разнесенные углубления 208, принимающие выступы, образованы концами фланцев 204 и заканчиваются в завершающих точках, определенных по наружной поверхности корпуса 200 подшипника. Рядом с торцом элемента 20’ подшипника предусмотрено круговое стопорное кольцо 210 с выступами, имеющее резьбовые отверстия. Два выступа 212, разнесенных на 180° друг от друга, выступают в радиальном направлении из стопорного кольца 210 от кольцевого канала детали 20’ подшипника, и принимающие резьбовые отверстия расположены на стопорном кольце 210 для прикрепления стопорного кольца 210 к торцу элемента 20’ подшипника винтами 214, которые проходят через отверстия в стопорном кольце 210 в отверстия в торце элемента 20’ подшипника. Элемент 20’ подшипника затем принимается в корпус 200 подшипника выступами 212, расположенными внутри углублений 208, принимающих выступы, что предохраняет элемент 20’ подшипника от вращения вдоль продольной оси относительно корпуса 200 подшипника. Разрезное кольцо 216 вводится в дугообразные канавки 206 в корпусе 200 подшипника для удержания выступов 212 и, в свою очередь, стопорного кольца 210 между разрезным кольцом 216 и корпусом 200 подшипника. Предпочтительно имеется небольшой зазор между корпусом 200 подшипника и наружным диаметром элемента 20’ подшипника. Сплошные кольца 198 зажимаются между наружной поверхностью элемента 20’ подшипника и внутренней поверхностью корпуса 200 подшипника и действуют как демпфер и уплотнение. Эта сборка обеспечивает полный беспрерывный поплавок подшипника без проблемы ослабляющихся винтов, поскольку разрезное кольцо 216 удерживает подшипник на месте. Разрезное кольцо 216 также обеспечивает элементу 20’ подшипника управляемое или ограниченное осевое и кольцевое движение, в то время как разрезное кольцо и завершающие точки удерживают элемент 20’ подшипника в осевом направлении в корпусе 200 подшипника и относительно корпуса 200 подшипника путем взаимодействия со стопорным кольцом 210 и выступами 212.Axially extending threaded holes are located on one end surface of the bearing member 20 ’. The bearing member 20 ’is received in a cylindrical bore formed in the bearing
Фиг.18 и 19 показывают вид сбоку двух конструкций силовой установки 12’ и 12’’, использующих описанные выше элементы. Конкретно, каждая из силовых установок 12’ и 12’’ содержит кольцевую камеру 14 сгорания, выпускной канал 26 и впускной воздушный канал 28. Каждая из кольцевых камер сгорания находится в гидравлической связи с соответствующим ротором 16 турбины, который включает в себя ротор 18, поддерживаемый подшипниками 20 и 21 и установленный с возможностью вращения.Figs. 18 and 19 show a side view of two structures of a power plant 12 ’and 12’ ’using the elements described above. Specifically, each of the
На Фиг.18 показана такая силовая установка, которая включает станину 159, содержащую кольцевую камеру сгорания, ротор, турбину, выполненную из множества лопастей, прикрепленных к ротору, и находящуюся в гидравлической связи с камерой сгорания, компрессорную камеру, гидравлически соединенную с камерой сгорания, имеющей множество лопастей компрессора, прикрепленных к расположенному в ней ротору, впускной воздушный канал, гидравлически соединенный с компрессорной камерой, выпускной канал, гидравлически соединенный с турбиной, множество магнитов, прикрепленных к ротору, и статор, выполненный из материала с магнитным притяжением, предусмотренного в его теле, и имеющий статорную обмотку, которая расположена в непосредственной близости ко множеству магнитов, тем самым вращение ротора вызывает изменение в потоке вокруг статора для генерирования электричества путем наведения электрического тока в статорной обмотке. Впускной воздух течет из впускного воздушного канала 28 по направлению к лопастям 102 компрессора по тракту 160 потока. Тракт 160 потока образован между наружным кожухом 162 и отстойником 42, как это показано на Фиг.1А и Фиг.3. В варианте выполнения, показанном на Фиг.18, воздух с температурой окружающей среды подается во впускной воздушный канал 28 и вокруг отстойника 42 по тракту 160 потока. Воздух с температурой окружающей среды слегка нагревается повышенной температурой масла, что, в свою очередь, охлаждает масло, содержащееся в отстойнике 42. Воздух затем сжимается лопастями 102 компрессора. Сжатый воздух затем перемещается внутрь кольцевой камеры 14 сгорания, как было обсуждено ранее, и продукты сгорания и газы выходят через выпускной канал 26. Приспособление 400 уплотнительной пластины, обсуждаемое ниже, расположено между лопастями 102 компрессора и лопастями 104 турбины и действует как тепловой экран. Предусмотрена цилиндрическая муфта 169, которая выполнена из термостойкой полимерной смолы, имеющей углеродные волокна. Цилиндрическая муфта 169 расположена вокруг магнитов и фиксирует магниты. Магниты и цилиндрическая муфта 169 прикреплены к ротору и образуют ротор генератора переменного тока, который механически прикреплен к ротору 500 двигателя. Углеродные волокна в муфте 169 позволяют муфте 169 выдерживать силы, вырабатываемые высокими скоростями вращения.On Fig shows such a power plant, which includes a
На Фиг.19, которая аналогична Фиг.18, причем аналогичные ссылочные позиции представляют одинаковые элементы, показан теплообменник 170. Теплообменник 170 включает в себя наружный кожух 172, впускной проход 174 потока и выпускной проход 176 потока. Впускной проход 174 потока расположен рядом с выпускным проходом 176 потока и делит общую стенку после того, как впускной воздух проходит через лопасти 102 компрессора в компрессоре. Впускной воздух затем протекает через множество труб 178 потока, которые проходят через выпускной проход 176 потока и в кольцевую камеру 116 горения. Выходящие из кольцевой камеры 116 горения газы текут в область турбины, где выходящие газы протекают через лопасти 104 турбины в теплообменник 170, который включает в себя область 180 выхода потока вокруг труб 178 потока, нагревающую впускной воздух. Выходящие газы затем текут в выпускной проход 176 потока, который находится рядом с впускным проходом 174 потока и находится в непосредственной близости от него так, чтобы тепло от отработанных газов, проходящее через выпускной проход 176 потока, могло протекать к сжатому воздуху, проходящему через впускной проход 174 потока, тем самым охлаждая выходящие газы и нагревая впускной воздух. Выходящий газ затем выходит через выпускной канал 26. Горячие выходящие газы предварительно нагревают впускные газы и увеличивают эффективность силовой установки 12’’.In FIG. 19, which is similar to FIG. 18, with the same reference numbers representing the same elements, a
Предусмотрена система предварительной магнитной нагрузки, показанная на Фиг.20. Обычные системы шарикоподшипников со смазкой маслом требуют легкой "предварительной нагрузки", чтобы убедиться, что шарикоподшипники находятся в контакте с соответствующими внутренними и наружными дорожками качения для предотвращения относительной пробуксовки и присущего материалу “растрескивания” во время раскрутки ротора. Двигатели газовых турбин обычно развивают безопасную доверительную нагрузку подшипника благодаря рабочим давлениям двигателя примерно на 30% от запланированной скорости ротора, но до тех пор, пока шарикоподшипники не подвергаются некоторым уровням пробуксовки, которые могут привести к "растрескиванию". Некоторые небольшие газовые турбины имеют набор пружин шарикоподшипников, предварительно нагруженных друг на друга как шпиндели в машинах, но газовые турбины могут подвергаться риску, свойственному плохим роторным конструкциям, что приводит к иным проблемам.A pre-magnetic load system as shown in FIG. 20 is provided. Conventional oil-lubricated ball bearing systems require light “pre-loading” to ensure that the ball bearings are in contact with the respective inner and outer raceways to prevent relative slippage and the inherent “cracking” of the material during spin-up. Gas turbine engines typically develop a safe bearing confidence load due to engine operating pressures of approximately 30% of the planned rotor speed, but until the ball bearings undergo some levels of slipping that can cause cracking. Some small gas turbines have a set of ball bearing springs preloaded on each other like spindles in machines, but gas turbines may be at risk from poor rotary designs, which leads to other problems.
Настоящее выполнение включает в себя встроенный генератор переменного тока, снабженный роторной системой двигателя 300, которая включает в себя ротор 302 и статор 303, имеющие свои соответствующие центры масс, которые сдвинуты примерно на 2% по оси друг от друга, тем самым создавая внутренне присущее осевое прямое магнитное притяжение ротора 302 к статору 303, который содержит железо. Это обеспечивает выгодное условие предварительной нагрузки на шарикоподшипник без того, чтобы вызывать искажение электрического выходного сигнала генератора переменного тока, и введением только одного шарикоподшипника.The present embodiment includes an integrated alternator provided with a rotor system of the
Конкретно, ротор 302 включает в себя множество расположенных по окружности постоянных магнитов MG (показан только один), которые расположены рядом со статором 303 и в непосредственной близости от него. Магниты MG ротора 302 и статор 303 имеют центры M1 и М2 масс, которые смещены на расстояние "А". Ротор 302 прикреплен к ротору 301 двигателя (который соответствует ротору 18 на Фиг.1). Шарикоподшипник 304 (который соответствует ранее описанному подшипнику 21) предусмотрен на конце ротора 301 двигателя, определяя часть ротора 302, принимающую подшипник. Шарикоподшипник 304 включает в себя кольцевую внутреннюю дорожку 305 качения, прикрепленную к ротору 301 двигателя, и кольцевую наружную дорожку 305 качения, расположенную соосно с кольцевой внутренней дорожкой 306 и прикрепленную к статорному корпусу 307 станины. Шарики 308 принимаются внутри углубления для приема шариков, образованного между кольцевой внутренней дорожкой 306 качения и кольцевой наружной дорожкой 305 качения. Магнитное притяжение статора 303 к ротору 302 в осевом направлении, как представлено центрами M1 и М2 масс, вызывает приложение непрерывной предварительной нагрузки к шарикоподшипнику 304, чтобы помочь предотвратить растрескивание и вызвать относительный осевой сдвиг между кольцевой наружной дорожкой 305 качения и кольцевой внутренней дорожкой 306 качения.Specifically, the
Фиг.21 и Фиг.22 показывают другой вариант выполнения настоящего изобретения. Конкретно, Фиг.21 показывает часть стенки 310 рубашки, аналогичную задней части наружной стенки 112 рубашки камеры сгорания, показанной на Фиг.11А. Те же самые ссылочные позиции означают аналогичные элементы. Часть стенки 310 рубашки включает в себя заднюю стенку с множеством расположенных по окружности камер 312 предварительного смешивания аналогично компоновке, показанной на Фиг.11А, за исключением того, что выходные области или концы 314 камер 312 предварительного смешивания расходятся, в противоположность тому, что на Фиг.11А они показаны прямыми. Фиг.22 показывает камеру 312 предварительного смешивания более подробно. Расходящаяся выходная область 314 уменьшает скорость выхода газов топливно-воздушной смеси в кольцевую камеру 116 горения. Топливно-воздушная смесь выходит в кольцевую камеру горения в круговом расходящемся направлении. Расходящаяся компоновка камеры 312 предварительного смешивания действует как хранитель пламени для усиления стабильности пламени.Fig.21 and Fig.22 show another embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 21 shows a portion of the
Фиг.23 показывает часть компрессорно-турбинной установки 100 более подробно. Компрессорно-турбинная установка 100 является встроенной установкой, которая включает в себя множество лопастей 102 компрессора, разнесенных от множества лопастей 104 турбины. Лопасти 102 компрессора и лопасти 104 турбины прикреплены к вращающемуся приводному валу 106 через диск турбины и диск компрессора; лопасти 102 компрессора подвергаются воздействию более холодными газами, чем лопасти 104 турбины; лопасти 102 компрессора могут сломаться, если они будут подвергаться воздействию горячих газов, которые входят в контакт с лопастями 104 турбин. Поэтому узел 400 уплотнительной пластины удерживается между соплом 401 турбины и рассеивателем 403 в углубленной части принимающего кольцо пространства 402, которое образуется между множеством лопастей 102 компрессора, множеством лопастей 104 турбины и вращающимся приводным валом 106.23 shows a portion of a
Как это показано на Фиг.24, узел 400 уплотнительной пластины является разрезным кольцом, которое имеет практически круглую форму и выполнено из двух полукруглых секций 404. Предпочтительно, чтобы каждая из двух полукруглых секций 404 была выполнена из теплостойкого материала. Полукруглые секции 404 узла 400 уплотнительной пластины удерживаются на месте полостью, помещенной между рассеивателем 403 и соплом 401 турбины, прикрепленным к станине, как это показано на Фиг.19 и Фиг.23. На Фиг.23 поперечное сечение каждой полукруглой секции 404 включает в себя наклонную часть 408, манжетную часть 410, соединенную с наклонной частью 408, и фланцевую часть 412, соединенную с манжетной частью 410. Сопло 401 турбины прилегает к уплотнительной фланцевой части 412 для удержания узла 400 уплотнительной пластины на месте. Узел 400 уплотнительной пластины определяет отверстие 416, имеющее наружный диаметр, примерно равный, но больший, чем диаметр вращающегося приводного вала 106, расположенного рядом с принимающим кольцо пространством 402, который проходит через отверстие 416. Наклонные части узла 400 уплотнительной пластины находятся в непосредственной близости от колеса 411 компрессора, которое определяется лопастями 102 компрессора. Края множества лопастей 102 компрессора вытянуты под углом а, измеренным от оси V’’, и расположены рядом с наклонной частью 408, показанной на Фиг.19. Воздушный или газовый зазор 418 определяется поверхностью 420 наклонной части 408 и манжетной части 410. Конкретнее, поверхность 420 и манжетная часть 410 включают в себя две разнесенные стенки, которые находятся в гидравлической связи с кольцевой камерой 116 горения, что определяет газовый зазор 418.As shown in FIG. 24, the
Узел 400 уплотнительной пластины отделяет лопасти 102 компрессора от лопастей 104 турбины так, чтобы предотвратить протекание газа непосредственно на лопасти турбины от лопастей компрессора и наоборот. Сочетание свойств плохой теплопроводности материала HASTALLOY-X®, газового зазора 418 и малой контактной области фланцевой части 412, которая имеет отверстие, определенное рядом со множеством лопастей 104 турбины, обеспечивает отличную изоляцию для множества лопастей 102 компрессора. Считается, что узел 400 уплотнительной пластины может быть изготовлен из керамического материала или других изолирующих материалов с плохой теплопроводностью и высокостойких к окислению материалов вместо материала HASTALLOY-X®.The
В общем виде способ работы вышеописанной генерирующей электричество системы таков. Во-первых, ротор вращается путем подведения электричества, т.е. тока от аккумулятора, на статор. Это вызывает всасывание в компрессор воздуха, который становится сжатым воздухом. В камеру горения течет сжатый воздух, по меньшей мере часть которого смешивается с топливом, что приводит к топливно-воздушной смеси. Топливно-воздушная смесь поджигается в камере горения, что приводит к отработанным газам. Отработанные газы и любой остаток сжатого газа проходят через турбинное сопло турбины и после этого выходят. Электричество, поданное на статор, отключается, когда ротор вращается с первой скоростью, заставляя электричество вырабатываться с помощью вращающихся магнитов, расположенных вокруг ротора, взаимодействующего со статором. Предпочтительно, чтобы роторные подшипники смазывались смазочным маслом, а смазочное масло и топливо подавались через насосы, приводимые в действие одним двигателем. Предпочтительно, чтобы топливно-воздушная смесь вводилась в камеру горения через рассеивающие сопла, а сжатый воздух предварительно нагревался отработанными газами.In general terms, the method of operation of the above-described electricity generating system is as follows. Firstly, the rotor rotates by supplying electricity, i.e. current from the battery to the stator. This causes air to be sucked into the compressor, which becomes compressed air. Compressed air flows into the combustion chamber, at least part of which is mixed with fuel, which leads to a fuel-air mixture. The fuel-air mixture is ignited in the combustion chamber, which leads to exhaust gases. The exhaust gases and any remaining compressed gas pass through the turbine nozzle of the turbine and then exit. The electricity supplied to the stator is turned off when the rotor rotates at a first speed, causing electricity to be generated by rotating magnets located around the rotor interacting with the stator. Preferably, the rotary bearings are lubricated with lubricating oil, and the lubricating oil and fuel are supplied through pumps driven by a single engine. Preferably, the air-fuel mixture is introduced into the combustion chamber through scattering nozzles, and the compressed air is preheated with exhaust gases.
Возвращаясь вновь на Фиг.1А и Фиг.1В, генерирующая электричество система 10 работает следующим предпочтительным образом. Во-первых, генерирующая электричество система 10 запускается путем подачи энергии от аккумулятора 72 постоянного тока, а электромеханический топливный клапан открыт, что называется пусковой операцией. Альтернативно, вместо аккумулятора 72 постоянного тока можно использовать питание переменного тока. Этот клапан открыт всегда и закрыт только в условиях опасности, когда топливо должно отсекаться. Затем запитывается зажигающий электрод. Питание от аккумулятора 72 постоянного тока подается в виде импульсов на поджигающий электрод. Аккумуляторное питание заставляет вал компрессора вращаться так, чтобы впускной воздух протекал в кольцевую камеру сгорания 14. Топливный продувочный клапан 39 поддерживается в закрытом положении и открывается только при выключении на период времени для продувки топлива из топливных инжекторов 40 в бак 30 источника обратным давлением камеры сгорания.Returning again to FIGS. 1A and 1B, the
Затем запитывается электродвигатель 52. Этот двигатель приводит в действие насос 50 смазочного масла и топливный насос 36. Газотурбинный двигатель генератора переменного тока/двигателя не будет запитываться до тех пор, пока давление масла не достигнет установленного минимума. Датчик давления масла отслеживает давление масла для определения условий экстренного отключения, когда давление масла падает ниже установленного уровня. Топливный насос 36 одновременно обеспечивает регулируемое давление источника топлива.Then, the
При вышеописанных последовательностях статор двигателя начинает вращение двигателя, заставляя воздух протекать в двигатель. Примерно при 5% от проектной скорости ротора осуществляется воспламенение, и когда ротор находится примерно при 10% проектной скорости ротора, в камеру сгорания подается топливо.In the above sequences, the stator of the motor starts to rotate the motor, causing air to flow into the motor. At about 5% of the design speed of the rotor, ignition occurs, and when the rotor is at about 10% of the design speed of the rotor, fuel is supplied to the combustion chamber.
Зажигающий электрод GP поджигает топливно-воздушную смесь в кольцевой камере сгорания 14. Примерно при 40% проектной скорости ротора поджигающий электрод и пусковая операция выключаются. Двигатель продолжает ускоряться до проектной скорости ротора. Важно, что воспламенение этой смеси происходит рано, чтобы обеспечить мягкое воспламенение топлива/воздуха. Начальные объемы топлива, текущего в камеру сгорания, устанавливаются на основе температур впускного и выпускного отработанного газа, которые используются для установки пропорционального электромагнитного дозирующего топливо клапана 38. После начального воспламенения и достаточной энергии пламени скорость ротора увеличивается до проектной скорости ротора. Скорость ротора зависит от температуры отработанного газа. Электродвигатель 52 отключается, когда температура отработанного газа превышает заранее заданную максимальную температуру более 4 секунд.The GP ignition electrode ignites the air-fuel mixture in the
Считается, что настоящая система заменяет существующие в уровне техники дизельные электрогенераторы, которые весят порядка 2000 фунтов (907,2 кг). Считается также, что генератор на 45 кВт, питаемый газовой турбиной, сделанной в соответствии с настоящим изобретением, будет весить примерно 350 фунтов (158,8 кг) и выбрасывать менее 30 м.д. NOx. Далее, настоящее изобретение может эффективно работать на различных скоростях, но предпочтительно на постоянной скорости.It is believed that this system replaces the existing diesel generators in the prior art, which weigh about 2,000 pounds (907.2 kg). It is also believed that a 45 kW generator powered by a gas turbine made in accordance with the present invention will weigh approximately 350 pounds (158.8 kg) and emit less than 30 ppm. NO x . Further, the present invention can operate efficiently at various speeds, but preferably at a constant speed.
Конкретнее, во время питания/запуска системы энергия подается от 24-вольтового аккумулятора. Электромеханический топливный клапан открыт. Поджигающий электрод запитывается затем путем подачи импульсной мощности на свечу воспламенения (от 0,25 до 0,34 В электроэнергии на 2500 В, от четырех до пяти искровых разрядов в секунду). Это зависит от того, запускается ли система "из холодного состояния" или "из горячего состояния", где "холодный запуск" происходит, когда компрессор не работает в течение длительного периода времени, а "горячий запуск" происходит, когда компрессор работал недавно. Температура впускного отверстия компрессора или остаточная температура отработанных газов будет воздействовать на начальный поток топлива для предотвращения условия перегрева. Поток топлива управляется через установку пропорционального электромагнитного клапана. Рассмотренный ранее подпружиненный продувочный клапан закрыт в нормальном состоянии и запитывается для открытия только при выключении на период времени в одну минуту для продувки остаточного топлива обратным давлением камеры сгорания в топливный бак. Масляный насос запитывается вместе с топливным насосом электродвигателем для шестереночно-роторных масляного насоса и топливного насоса. Электродвигатель газовой турбины не запитывается для вращения вплоть до тех пор, пока давление масла не будет на минимальном уровне давления. Датчик давления масла используется также для аварийного выключения, если давление масла падает ниже минимального значения. Топливный насос автомобильного типа, приводимый в движение 24-вольтовым двигателем, обеспечивает регулируемое избыточное давление подачи топлива от 65 до 70 psig (от 448,14 до 482,63 кПа) на пропорциональный электромагнитный дозирующий клапан, который установлен на заданное значение. Предпочтительно масляный насос и топливный насос приводятся в действие одинаковыми двигателями. Ротор газовой турбины затем вращается с помощью электродвигателя, где генератор работает в качестве пускового двигателя. Величина энергии, необходимая для вращения двигателя, предсказывается по: 1) потоку и давлению через компрессор; 2) энергии, выделяющейся из горячих газов, проходящих через турбину, которая увеличивается как функция проектной скорости ротора между 20% и 50-60% скорости и/или температуры. Примерно при 40% от проектной скорости ротора энергия электродвигателя будет отсекаться, и ротор будет самоподдерживающимся.More specifically, during power-up / start-up, power is supplied from a 24-volt battery. The electromechanical fuel valve is open. The ignition electrode is then fed by applying pulsed power to the spark plug (from 0.25 to 0.34 V of electricity at 2500 V, from four to five spark discharges per second). This depends on whether the system starts “from a cold state” or “from a hot state”, where a “cold start” occurs when the compressor has not been operating for a long period of time, and a “hot start” occurs when the compressor has been running recently. Compressor inlet temperature or residual exhaust temperature will affect the initial fuel flow to prevent overheating conditions. Fuel flow is controlled through the installation of a proportional solenoid valve. The previously spring-loaded purge valve is closed in normal condition and is energized to open only when it is turned off for a period of one minute to purge the residual fuel with the back pressure of the combustion chamber into the fuel tank. The oil pump is energized together with the fuel pump with an electric motor for gear-rotary oil pump and fuel pump. The gas turbine motor is not powered to rotate until the oil pressure is at the minimum pressure level. The oil pressure sensor is also used for emergency shutdown if the oil pressure drops below the minimum value. An automobile-type fuel pump driven by a 24-volt engine provides an adjustable overpressure of fuel supply of 65 to 70 psig (448.14 to 482.63 kPa) to a proportional solenoid metering valve that is set to a predetermined value. Preferably, the oil pump and the fuel pump are driven by the same engines. The gas turbine rotor is then rotated by an electric motor, where the generator operates as a starting engine. The amount of energy required to rotate the engine is predicted by: 1) the flow and pressure through the compressor; 2) the energy released from the hot gases passing through the turbine, which increases as a function of the design rotor speed between 20% and 50-60% of the speed and / or temperature. At about 40% of the design rotor speed, the motor energy will be cut off and the rotor will be self-sustaining.
Поток топлива в камеру сгорания запускается при 5% от 100% проектной скорости ротора (например, при 5000 об/мин для системы со 100000 об/мин). Важно, что воспламенение происходит рано (период отсутствия огня). Это позволяет провести мягкое воспламенение. Начальное количество топлива, которое протекает в камеру сгорания, устанавливается на основе температур впускного и остаточного отработанного газов для должной установки пропорционального электромагнитного клапана. Топливо в камере сгорания увеличивается до тех пор, пока ротор будет вращается на 100% его проектной скорости. После начального отсутствия огня управляющая система следит за температурой отработанного газа свыше 1000°F (538°С) и управляет степенью ускорения скорости ротора до примерно 90% от проектной скорости ротора. В этот момент управление топливом происходит так, чтобы температура отработанных газов находилась в диапазоне от 500°F до 1000°F (от 260°С до 538°С), а более предпочтительно между 500°F и 700°F (260°С и 371°С). Пусковое время до 100% проектной скорости ротора может быть менее 10 секунд. Выключатель отсечки при перегреве расположен около выхлопного канала так, чтобы отсечь подачу топлива, если температура отработанных газов превысит заранее установленное значение в течение нескольких секунд. При 90% проектной скорости ротора от единичной скорости ротора система будет управляться через петлю обратной связи для поддержания 100% проектной скорости ротора. Таким образом, поток топлива будет изменяться по требованию нагрузки для поддержания 100% проектной скорости ротора. Предпочтительно петля управления скоростью при 100% проектной скорости ротора поддерживается отсечкой воспламенения и отводом энергии из системы. Температура отработанного газа будет изменяться вместе с требованиями по мощности.The flow of fuel into the combustion chamber starts at 5% of 100% of the design rotor speed (for example, at 5000 rpm for a system with 100000 rpm). It is important that ignition occurs early (no fire period). This allows for soft ignition. The initial amount of fuel that flows into the combustion chamber is set based on the temperatures of the intake and residual exhaust gases for proper installation of the proportional solenoid valve. The fuel in the combustion chamber increases until the rotor rotates at 100% of its design speed. After the initial absence of fire, the control system monitors the temperature of the exhaust gas above 1000 ° F (538 ° C) and controls the degree of acceleration of the rotor speed to about 90% of the design rotor speed. At this point, the fuel control is such that the temperature of the exhaust gases is in the range of 500 ° F to 1000 ° F (260 ° C to 538 ° C), and more preferably between 500 ° F and 700 ° F (260 ° C and 371 ° C). Starting time up to 100% of the design speed of the rotor can be less than 10 seconds. The overheat cut-off switch is located near the exhaust channel so as to cut off the fuel supply if the temperature of the exhaust gases exceeds a predetermined value within a few seconds. At 90% of the design rotor speed of a unit rotor speed, the system will be controlled through a feedback loop to maintain 100% of the design speed of the rotor. Thus, the fuel flow will change according to the demand of the load to maintain 100% of the design speed of the rotor. Preferably, the speed control loop at 100% of the design speed of the rotor is supported by cutting off the ignition and removing energy from the system. The temperature of the exhaust gas will vary with the power requirements.
Настоящее изобретение имеет способность поддерживать 100% проектной скорости ротора в условиях включения и отключения нагрузки, и считается, что примерно 50% общей энергии турбины требуется для приведения в действие компрессора в условиях отсутствия нагрузки. Далее, контроллер двигателя следит за системой для определения того, имеется ли сбой в топливном насосе, масляном насосе или электродвигателе 52, приводящем в движение эти насосы.The present invention has the ability to maintain 100% of the design speed of the rotor under load on and off conditions, and it is estimated that approximately 50% of the total turbine energy is required to drive the compressor under no load conditions. Further, the engine controller monitors the system to determine if there is a malfunction in the fuel pump, oil pump, or
С описанными предпочтительными в настоящее время вариантами выполнения изобретения должно быть понятно, что они могут быть выполнены другим образом в рамках объема нижеследующей формулы изобретения.With the currently described preferred embodiments of the invention, it should be understood that they can be implemented in another way within the scope of the following claims.
Claims (10)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US3209096P | 1996-12-03 | 1996-12-03 | |
US60/032,090 | 1996-12-03 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99114458A RU99114458A (en) | 2001-06-27 |
RU2243383C2 true RU2243383C2 (en) | 2004-12-27 |
Family
ID=21863050
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99114458/06A RU2243383C2 (en) | 1996-12-03 | 1997-12-03 | Power-generating system with ring combustion chamber |
Country Status (13)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6314717B1 (en) |
EP (1) | EP0943069B1 (en) |
JP (2) | JP2002518987A (en) |
KR (1) | KR20000069289A (en) |
CN (1) | CN1122148C (en) |
AT (1) | ATE251739T1 (en) |
AU (1) | AU5689298A (en) |
BR (1) | BR9714776A (en) |
CA (1) | CA2273221A1 (en) |
DE (1) | DE69725463D1 (en) |
ID (1) | ID22740A (en) |
RU (1) | RU2243383C2 (en) |
WO (1) | WO1998025082A1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2478807C2 (en) * | 2007-06-26 | 2013-04-10 | Дженерал Электрик Компани | Systems and methods of application of combustion behaviour adjustment algorithm by means of combustion chamber with multiple individual compartments |
RU2503840C2 (en) * | 2010-06-11 | 2014-01-10 | Хамильтон Сандстранд Корпорейшн | Method and system for control of fuel supply during gas turbine startup |
RU2657080C2 (en) * | 2013-05-13 | 2018-06-08 | Соулар Тёрбинз Инкорпорейтед | Outer premix barrel vent air sweep |
US10260368B2 (en) | 2013-02-01 | 2019-04-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for starting a combustion system |
RU2719131C2 (en) * | 2016-01-05 | 2020-04-17 | Соулар Тёрбинз Инкорпорейтед | Fuel injector with double injection of main fuel |
Families Citing this family (43)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6453658B1 (en) * | 2000-02-24 | 2002-09-24 | Capstone Turbine Corporation | Multi-stage multi-plane combustion system for a gas turbine engine |
US6810677B2 (en) | 2001-08-27 | 2004-11-02 | Elliot Energy Systems, Inc. | Method for gas turbine light-off |
US6786049B2 (en) | 2002-05-22 | 2004-09-07 | Hamilton Sundstrand | Fuel supply control for a gas turbine including multiple solenoid valves |
US6819999B2 (en) * | 2002-09-13 | 2004-11-16 | Elliott Energy Systems, Inc. | Multiple control loop acceleration of turboalternator previous to self-sustaining speed |
US6834226B2 (en) * | 2002-09-13 | 2004-12-21 | Elliott Energy Systems, Inc. | Multiple control loop acceleration of turboalternator after reaching self-sustaining speed previous to reaching synchronous speed |
US6836720B2 (en) * | 2002-09-13 | 2004-12-28 | Elliott Energy Systems, Inc. | Offload control of turboalternator with rich burn quick quench lean burn combustor to prevent blowout of combustor |
US7574867B2 (en) * | 2003-04-02 | 2009-08-18 | Tma Power, Llc | Hybrid microturbine for generating electricity |
US6942451B1 (en) | 2003-06-03 | 2005-09-13 | Hamilton Sundstrand Corporation | Damping system for an expendable gas turbine engine |
US7194866B1 (en) | 2003-06-20 | 2007-03-27 | Hamilton Sundstrand Corporation | Static structure for an expendable gas turbine engine |
US8438858B1 (en) | 2003-08-20 | 2013-05-14 | Hamilton Sundstrand Corporation | Rotational system for an expendable gas turbine engine |
EP1528343A1 (en) * | 2003-10-27 | 2005-05-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Refractory tile with reinforcing members embedded therein, as liner for gas turbine combustion chamber |
FR2878286B1 (en) * | 2004-11-25 | 2009-05-22 | Snecma Moteurs Sa | TURBOMACHINE COMPRISING AN INTEGRATED ELECTRIC CURRENT GENERATOR |
US7211906B2 (en) * | 2005-04-04 | 2007-05-01 | Tma Power, Llc | Rankine—microturbine for generating electricity |
US7574853B2 (en) * | 2005-10-17 | 2009-08-18 | Tma Power, Llc | Microturbine with CHP system having a distillation apparatus |
US7836698B2 (en) * | 2005-10-20 | 2010-11-23 | General Electric Company | Combustor with staged fuel premixer |
US7726112B2 (en) | 2006-04-24 | 2010-06-01 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Fuel system of gas turbine engines |
US7626892B2 (en) * | 2006-05-01 | 2009-12-01 | Tai-Her Yang | Timing device with power winder |
AU2010247851B2 (en) | 2009-05-12 | 2014-07-24 | Icr Turbine Engine Corporation | Gas turbine energy storage and conversion system |
WO2011109514A1 (en) | 2010-03-02 | 2011-09-09 | Icr Turbine Engine Corporatin | Dispatchable power from a renewable energy facility |
US20110265438A1 (en) * | 2010-04-29 | 2011-11-03 | Ryan William R | Turbine engine with enhanced fluid flow strainer system |
FR2962491B1 (en) * | 2010-07-07 | 2014-04-04 | Snecma | IGNITION PROCEDURE FOR A TURBOMACHINE COMBUSTION CHAMBER |
US8984895B2 (en) | 2010-07-09 | 2015-03-24 | Icr Turbine Engine Corporation | Metallic ceramic spool for a gas turbine engine |
EP2612009B1 (en) | 2010-09-03 | 2020-04-22 | ICR Turbine Engine Corporatin | Gas turbine engine |
US8395275B2 (en) | 2010-11-09 | 2013-03-12 | Hamilton Sundstrand Corporation | Integrated permanent magnet alternator and cooling fan |
US9051873B2 (en) | 2011-05-20 | 2015-06-09 | Icr Turbine Engine Corporation | Ceramic-to-metal turbine shaft attachment |
WO2013023147A1 (en) * | 2011-08-11 | 2013-02-14 | Beckett Gas, Inc. | Combustor |
US10634354B2 (en) | 2011-08-11 | 2020-04-28 | Beckett Gas, Inc. | Combustor |
KR101232054B1 (en) * | 2011-08-12 | 2013-02-15 | 국방과학연구소 | Performance evaluation apparatus of microturbine combustor and performance evaluation method thereof |
EP2594766B1 (en) * | 2011-11-18 | 2014-06-18 | Hamilton Sundstrand Corporation | A gas turbine engine comprising a permanent magnet alternator with integrated cooling fan |
US10113434B2 (en) | 2012-01-31 | 2018-10-30 | United Technologies Corporation | Turbine blade damper seal |
US10094288B2 (en) | 2012-07-24 | 2018-10-09 | Icr Turbine Engine Corporation | Ceramic-to-metal turbine volute attachment for a gas turbine engine |
WO2014123850A1 (en) | 2013-02-06 | 2014-08-14 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine component with upstream-directed cooling film holes |
EP2954261B1 (en) | 2013-02-08 | 2020-03-04 | United Technologies Corporation | Gas turbine engine combustor |
WO2014160299A1 (en) | 2013-03-14 | 2014-10-02 | United Technologies Corporation | Combustor panel with increased durability |
US20150115781A1 (en) * | 2013-10-25 | 2015-04-30 | Michael L Luparello | Electrical Generator |
CN104153827B (en) * | 2014-07-07 | 2016-03-02 | 桐庐福瑞太阳能科技有限公司 | A kind of integral type wind-tunnel type turbine generator equipment |
US20190002117A1 (en) * | 2017-06-30 | 2019-01-03 | General Electric Company | Propulsion system for an aircraft |
RU182859U1 (en) * | 2018-05-28 | 2018-09-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | SPHERICAL GENERATOR |
US20200340409A1 (en) * | 2019-04-24 | 2020-10-29 | Viettel Group | System and method for gas turbine engine control |
US11788464B2 (en) | 2019-05-30 | 2023-10-17 | Joseph Michael Teets | Advanced 2-spool turboprop engine |
US20220332168A1 (en) * | 2021-03-23 | 2022-10-20 | Luther J. Worthington, Jr. | Apparatus for cooling and/or heating the interior of an environment and methods of using same |
FR3135114A1 (en) * | 2022-05-02 | 2023-11-03 | Safran | METHOD FOR INJECTING HYDROGEN-AIR MIXTURE FOR TURBOMACHINE BURNER |
US11970977B2 (en) | 2022-08-26 | 2024-04-30 | Hamilton Sundstrand Corporation | Variable restriction of a secondary circuit of a fuel injector |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3187188A (en) * | 1959-07-21 | 1965-06-01 | Curtiss Wright Corp | High speed turbo-generator |
FR1304701A (en) * | 1961-08-16 | 1962-09-28 | Turboshaft Current Generating Machine | |
US3613360A (en) | 1969-10-30 | 1971-10-19 | Garrett Corp | Combustion chamber construction |
US4486147A (en) * | 1982-04-20 | 1984-12-04 | The Garrett Corporation | Turbocharger and rotor shaft assembly |
US4619588A (en) * | 1984-04-25 | 1986-10-28 | Facet Enterprises, Incorporated | Wet motor gerotor fuel pump with vapor vent valve and improved flow through the armature |
US4928479A (en) | 1987-12-28 | 1990-05-29 | Sundstrand Corporation | Annular combustor with tangential cooling air injection |
US5140807A (en) * | 1988-12-12 | 1992-08-25 | Sundstrand Corporation | Air blast tube impingement fuel injector for a gas turbine engine |
US5129222A (en) | 1990-06-21 | 1992-07-14 | Sundstrand Corporation | Constant air/fuel ratio control system for EPU/IPU combustor |
US5180034A (en) * | 1990-12-06 | 1993-01-19 | General Electric Co. | Adaptive lubrication oil system |
US5237817A (en) | 1992-02-19 | 1993-08-24 | Sundstrand Corporation | Gas turbine engine having low cost speed reduction drive |
JP2943544B2 (en) * | 1992-12-11 | 1999-08-30 | トヨタ自動車株式会社 | Gas turbine generator |
US5497615A (en) * | 1994-03-21 | 1996-03-12 | Noe; James C. | Gas turbine generator set |
US5697848A (en) | 1995-05-12 | 1997-12-16 | Capstone Turbine Corporation | Compound shaft with flexible disk coupling |
US5685156A (en) * | 1996-05-20 | 1997-11-11 | Capstone Turbine Corporation | Catalytic combustion system |
-
1997
- 1997-12-03 KR KR1019997004926A patent/KR20000069289A/en active IP Right Grant
- 1997-12-03 AU AU56892/98A patent/AU5689298A/en not_active Abandoned
- 1997-12-03 US US09/319,478 patent/US6314717B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-12-03 RU RU99114458/06A patent/RU2243383C2/en not_active IP Right Cessation
- 1997-12-03 WO PCT/US1997/022007 patent/WO1998025082A1/en active IP Right Grant
- 1997-12-03 BR BR9714776-1A patent/BR9714776A/en active Search and Examination
- 1997-12-03 JP JP52574598A patent/JP2002518987A/en not_active Ceased
- 1997-12-03 CA CA002273221A patent/CA2273221A1/en not_active Abandoned
- 1997-12-03 ID IDW990640A patent/ID22740A/en unknown
- 1997-12-03 CN CN97180322A patent/CN1122148C/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-12-03 AT AT97953074T patent/ATE251739T1/en not_active IP Right Cessation
- 1997-12-03 EP EP97953074A patent/EP0943069B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-12-03 DE DE69725463T patent/DE69725463D1/en not_active Expired - Lifetime
-
2006
- 2006-12-20 JP JP2006343581A patent/JP4465344B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2478807C2 (en) * | 2007-06-26 | 2013-04-10 | Дженерал Электрик Компани | Systems and methods of application of combustion behaviour adjustment algorithm by means of combustion chamber with multiple individual compartments |
RU2503840C2 (en) * | 2010-06-11 | 2014-01-10 | Хамильтон Сандстранд Корпорейшн | Method and system for control of fuel supply during gas turbine startup |
US10260368B2 (en) | 2013-02-01 | 2019-04-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Method for starting a combustion system |
RU2657080C2 (en) * | 2013-05-13 | 2018-06-08 | Соулар Тёрбинз Инкорпорейтед | Outer premix barrel vent air sweep |
RU2719131C2 (en) * | 2016-01-05 | 2020-04-17 | Соулар Тёрбинз Инкорпорейтед | Fuel injector with double injection of main fuel |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ID22740A (en) | 1999-12-09 |
AU5689298A (en) | 1998-06-29 |
CN1255190A (en) | 2000-05-31 |
BR9714776A (en) | 2000-10-03 |
EP0943069B1 (en) | 2003-10-08 |
US6314717B1 (en) | 2001-11-13 |
KR20000069289A (en) | 2000-11-25 |
ATE251739T1 (en) | 2003-10-15 |
CN1122148C (en) | 2003-09-24 |
EP0943069A1 (en) | 1999-09-22 |
JP4465344B2 (en) | 2010-05-19 |
JP2007170396A (en) | 2007-07-05 |
CA2273221A1 (en) | 1998-06-11 |
WO1998025082A1 (en) | 1998-06-11 |
DE69725463D1 (en) | 2003-11-13 |
EP0943069A4 (en) | 2001-04-11 |
JP2002518987A (en) | 2002-06-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2243383C2 (en) | Power-generating system with ring combustion chamber | |
WO1998025082A9 (en) | Electricity generating system having an annular combustor | |
KR102046455B1 (en) | Fuel nozzle, combustor and gas turbine having the same | |
US4112676A (en) | Hybrid combustor with staged injection of pre-mixed fuel | |
US5966926A (en) | Liquid fuel injector purge system | |
EP0776444B1 (en) | Low-emission combustion chamber for gas turbine engines | |
US6378310B1 (en) | Combustion chamber of a gas turbine working on liquid fuel | |
JPH07507862A (en) | Combustion chamber device and combustion method | |
JP2008502877A (en) | Stagnation point backflow combustor for combustion systems | |
WO2007040909A2 (en) | Fuel nozzle having swirler-integrated radial fuel jet | |
JP2001241663A (en) | Multi-stage multi-plane combustion system for gas turbine engine | |
US5069031A (en) | Gas turbine engine stored energy combustion system | |
EP4019841B1 (en) | Combustor nozzle for a gas turbine | |
US8413446B2 (en) | Fuel injector arrangement having porous premixing chamber | |
US11635208B2 (en) | Co-axial dual swirler nozzle | |
EP4224064B1 (en) | Micro-mixer with multi-stage fuel supply and gas turbine including same | |
EP1380740A2 (en) | Fuel supply system for an electricity generating system | |
MXPA99005170A (en) | An electricity generating system having an annular combustor | |
US20230296252A1 (en) | Combustor nozzle, combustor, and gas turbine including the same | |
KR20230119505A (en) | Combustor with cluster and gas turbine including same | |
Zinn et al. | Stagnation point reverse flow combustor for a combustion system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041204 |